JP2023136977A - Capacitor and power conversion device - Google Patents

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裕加 山本
Yuka Yamamoto
浩慶 秋山
Hiroyoshi Akiyama
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Abstract

To reduce the number of components in a power conversion device that requires a ferrite core to reduce manufacturing costs and improve ease of assembly.SOLUTION: A capacitor 1 includes a hollow circular capacitor body 10. A hollow circular ferrite core 3 is provided in a hollow portion 14 of the capacitor body 10 coaxially with the capacitor body 10. The capacitor body 10 includes terminal portions 13P and 13N for P and N poles connected to a semiconductor module 4. The terminal portions 13P and 13N are exposed from the surface of the capacitor body 10 near the hollow portion 14 and protrude toward the axis of the capacitor body 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コンデンサの構造に関する。 The present invention relates to the structure of a capacitor.

車載用のインバータ装置に例示される電力変換装置はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子を備える。前記インバータ装置においては、外部ノイズや前記スイッチング素子から発生するノイズをカットするためにフェライトコアを備える必要がある。前記フェライトコアは、例えば前記インバータ装置のバッテリーからの直流電力の入力部であるP極用,N極用の端子部に接続されるバスバーに付帯される。インバータ装置のバスバーにフェライトコアを付帯する先行技術として、特許文献1がある。 A power converter device, exemplified by an inverter device for a vehicle, includes a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor). The inverter device needs to include a ferrite core in order to cut external noise and noise generated from the switching elements. The ferrite core is attached to, for example, a bus bar connected to terminal portions for P and N poles that are input portions of DC power from a battery of the inverter device. Patent Document 1 is known as a prior art for attaching a ferrite core to a bus bar of an inverter device.

特開2016-98678号公報JP2016-98678A 特開2004-119874号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-119874 特開2013-197486号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-197486

フェライトコアと電力変換装置の他の部品例えば特許文献2,3のコンデンサは独立した部品として存在するので、当該電力変換装置の各種の部品の配置スペースを考慮してフェライトコアをバスバーに付帯する必要がある。 Since the ferrite core and other parts of the power conversion device, such as the capacitors in Patent Documents 2 and 3, exist as independent components, it is necessary to attach the ferrite core to the bus bar in consideration of the space for placing various parts of the power conversion device. There is.

一方、特許文献2,3のコンデンサは中空部を備える特殊な形状をしている。 On the other hand, the capacitors disclosed in Patent Documents 2 and 3 have a special shape including a hollow portion.

本発明は、以上の事情を鑑み、フェライトコアを要する電力変換装置の部品点数を削減して製造コストの低減及び組み立て性の向上を図ることを課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to reduce the number of parts of a power conversion device that requires a ferrite core, thereby reducing manufacturing costs and improving ease of assembly.

そこで、本発明の一態様は、中空円型のコンデンサ本体部を有し、このコンデンサ本体部の中空部に当該コンデンサ本体部と同軸に中空円型のフェライトコアが設けられるコンデンサである。 Accordingly, one aspect of the present invention is a capacitor that has a hollow circular capacitor main body, and a hollow circular ferrite core is provided in the hollow portion of the capacitor main body coaxially with the capacitor main body.

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記コンデンサ本体部は、電気部品に接続されるP極用,N極用の端子部を備え、前記P極用,N極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部付近の表面から露出して当該コンデンサ本体部の軸心に向かって突設される。 In one aspect of the present invention, in the capacitor, the capacitor main body portion includes terminal portions for P and N poles connected to electrical components, and the terminal portions for P and N poles are connected to the It is exposed from the surface near the hollow part of the capacitor body and protrudes toward the axis of the capacitor body.

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記電気部品は、三相の電力変換装置の半導体モジュールであり、前記P極用,N極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部の周縁に沿って前記三相に対応して三つ配置される。 In one aspect of the present invention, in the capacitor, the electrical component is a semiconductor module of a three-phase power converter, and the P-pole and N-pole terminal portions are located at the periphery of a hollow portion of the capacitor body. Three lines are arranged along the line corresponding to the three phases.

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記フェライトコアには、前記電気部品並びに前記P極用,N極用の端子部に接続されるバスバーが挿通される。 In one aspect of the present invention, in the capacitor, a bus bar connected to the electric component and the P-pole and N-pole terminal portions is inserted through the ferrite core.

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記コンデンサ本体部と前記電気部品との間に冷却器が配置される。 In one aspect of the present invention, in the capacitor, a cooler is disposed between the capacitor main body and the electrical component.

本発明の一態様は、上記のコンデンサを備えた電力変換装置である。 One embodiment of the present invention is a power conversion device including the above capacitor.

以上の本発明によれば、フェライトコアを要する電力変換装置の部品点数を削減して製造コストの低減及び組み立て性の向上を図ることができる。 According to the present invention described above, it is possible to reduce the number of parts of a power conversion device that requires a ferrite core, thereby reducing manufacturing costs and improving ease of assembly.

(a)本発明の一態様であるコンデンサの斜視図、(b)当該コンデンサの平面図、(c)当該コンデンサの側面図。(a) A perspective view of a capacitor that is one embodiment of the present invention, (b) a plan view of the capacitor, and (c) a side view of the capacitor. (a)半導体ジュールが配置された本発明の一態様であるコンデンサの斜視図、(b)当該コンデンサの平面図、(c)当該コンデンサの側面図。(a) A perspective view of a capacitor that is one embodiment of the present invention in which semiconductor joules are arranged, (b) a plan view of the capacitor, and (c) a side view of the capacitor. (a)冷却器が配置された本発明の一態様であるコンデンサの平面図、(b)当該コンデンサの側面図。(a) A plan view of a capacitor that is an embodiment of the present invention in which a cooler is arranged, and (b) a side view of the capacitor. 車載用のインバータ装置の回路図。A circuit diagram of an on-vehicle inverter device.

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に示された本発明の一実施形態であるコンデンサ1は、例えば図4に示された電力変換装置の一態様である車載用の三相のインバータ装置2に適用される。 A capacitor 1, which is an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, is applied to a vehicle-mounted three-phase inverter device 2, which is one embodiment of a power converter device shown in FIG. 4, for example.

コンデンサ1は、中空円型のコンデンサ本体部10を有する。そして、コンデンサ本体部10の中空部14にはコンデンサ本体部10と同軸に中空円型のフェライトコア3が設けられる。 The capacitor 1 has a hollow circular capacitor main body 10 . A hollow circular ferrite core 3 is provided in the hollow portion 14 of the capacitor body 10 coaxially with the capacitor body 10 .

コンデンサ本体部10は、図示省略のコンデンサ素子を収容した中空円筒状の樹脂ケース11と、この樹脂ケース11内に封止樹脂が充填されて成るポッティング部12を有する。そして、ポッティング部12は、前記コンデンサ素子に接続されたP極用,N極用の一対の端子部13P,13Nを備える。端子部13P,13Nは、コンデンサ本体部10の中空部周縁付近の表面から露出してコンデンサ本体部10の軸心に向かって突設される。 The capacitor main body 10 has a hollow cylindrical resin case 11 that accommodates a capacitor element (not shown), and a potting part 12 in which the resin case 11 is filled with a sealing resin. The potting section 12 includes a pair of terminal sections 13P and 13N for P and N poles connected to the capacitor element. The terminal portions 13P and 13N are exposed from the surface near the periphery of the hollow portion of the capacitor body 10 and protrude toward the axis of the capacitor body 10.

端子部13P,13Nは、インバータ装置2の三相(U相、V相、W相)に対応してコンデンサ本体部10の中空部の周縁に沿って三つ配置される。そして、図2のように、U相,V相,W相の端子部13P,13Nには、インバータ装置2の電気部品としてインバータ装置2のU相,V相,W相に各々対応するパワーカード型の半導体モジュール4U,4V,4Wが接続される。 Three terminal portions 13P and 13N are arranged along the periphery of the hollow portion of capacitor main body portion 10, corresponding to the three phases (U phase, V phase, and W phase) of inverter device 2. As shown in FIG. 2, power cards corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the inverter device 2 as electrical components of the inverter device 2 are connected to the terminal portions 13P and 13N of the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively. type semiconductor modules 4U, 4V, and 4W are connected.

半導体モジュール4U,4V,4Wは、図4に示したようにIGBTからなる上アーム41及び下アーム42を搭載する。半導体モジュール4U,4V,4WのP極端子である上アーム41のコレクタ端子4Pは、図2に示したようにコンデンサ1のP極用の端子部13Pに接続される。同様に、半導体モジュール4U,4V,4WのN極端子である下アームのエミッタ端子4Nは、コンデンサ1のN極用の端子部13Nに接続される。 As shown in FIG. 4, the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W are equipped with an upper arm 41 and a lower arm 42 made of IGBTs. The collector terminal 4P of the upper arm 41, which is the P-pole terminal of the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W, is connected to the P-pole terminal portion 13P of the capacitor 1, as shown in FIG. Similarly, the emitter terminal 4N of the lower arm, which is the N-pole terminal of the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W, is connected to the N-pole terminal portion 13N of the capacitor 1.

また、半導体モジュール4Uのコレクタ端子4P及び端子部13Pには、フェライトコア3の中空部に挿通された入力バスバーPが締結具により締結される。同様に、半導体モジュール4Uのエミッタ端子4N及び端子部13Nには、フェライトコア3の中空部30に挿通された入力バスバーNが締結具により締結される。尚、入力バスバーP,Nには放電抵抗7が接続されている。 Further, an input bus bar P inserted into the hollow part of the ferrite core 3 is fastened to the collector terminal 4P and the terminal part 13P of the semiconductor module 4U by a fastener. Similarly, an input bus bar N inserted through the hollow portion 30 of the ferrite core 3 is fastened to the emitter terminal 4N and the terminal portion 13N of the semiconductor module 4U by a fastener. Note that a discharge resistor 7 is connected to the input bus bars P and N.

半導体モジュール4U,4V,4Wに各々対応するコンデンサ1の三つのP極用の端子部13Pは、樹脂ケース11内のコンデンサ素子によって電気的接続がされている。同様にコンデンサ1の三つのN極用の端子部13Nも、前記コンデンサ素子によって電気的接続がされている。よって、前記いずれか一つの半導体モジュール4のコレクタ端子4P,エミッタ端子4Nに入力バスバーP,Nが接続されると、他の2つの半導体モジュール4にもバッテリーからの電力が通電されることになる。 Three P-pole terminal portions 13P of the capacitor 1 corresponding to the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W are electrically connected by capacitor elements within the resin case 11. Similarly, the three N-pole terminal portions 13N of the capacitor 1 are also electrically connected by the capacitor element. Therefore, when the input bus bars P and N are connected to the collector terminal 4P and emitter terminal 4N of any one of the semiconductor modules 4, the power from the battery is also applied to the other two semiconductor modules 4. .

そして、半導体モジュール4U,4V,4Wの出力端子43には、図4の三相のモータ5に繋がる出力バスバー5U,5V,5Wが各々接続される。さらに、出力バスバー5U,5V,5Wにはホール電流検出器6が各々付帯される。 Output bus bars 5U, 5V, and 5W connected to the three-phase motor 5 in FIG. 4 are connected to the output terminals 43 of the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W, respectively. Furthermore, a Hall current detector 6 is attached to each of the output bus bars 5U, 5V, and 5W.

以上のコンデンサ1によれば、コンデンサ1の中空部14にフェライトコア3がコンデンサ1と同軸に一体的に設けられたことで、インバータ装置2内におけるフェライトコア3の配置スペースを考慮することなく、フェライトコア3を入力バスバーP,Nに付帯できる。したがって、フェライトコア3を要するインバータ装置2の部品点数を削減できるので、製造コストの低減及び組立性の向上を図ることできる。 According to the capacitor 1 described above, since the ferrite core 3 is coaxially and integrally provided with the capacitor 1 in the hollow part 14 of the capacitor 1, the ferrite core 3 can be installed without considering the space for ferrite core 3 in the inverter device 2. The ferrite core 3 can be attached to the input bus bars P and N. Therefore, the number of parts of the inverter device 2 that requires the ferrite core 3 can be reduced, so that manufacturing costs can be reduced and assembly efficiency can be improved.

特に、端子部13P,13Nがコンデンサ本体部10の中空部付近の表面から露出してコンデンサ本体部10の軸心に向かって突設されたことで、フェライトコア3に挿通される入力バスバーP,Nとコンデンサ1と半導体モジュール4U,4V,4Wとの距離が短くなる。したがって、入力バスバーP,Nとコンデンサ1及び半導体モジュール4U,4V,4Wとの電気的な接続を省スペースで可能となり、入力バスバーP,Nの短縮化及びインバータ装置2の小型化が図られる。 In particular, since the terminal portions 13P and 13N are exposed from the surface near the hollow portion of the capacitor body 10 and protrude toward the axis of the capacitor body 10, the input bus bar P inserted into the ferrite core 3, The distance between N, capacitor 1, and semiconductor modules 4U, 4V, and 4W becomes shorter. Therefore, it is possible to electrically connect the input bus bars P, N to the capacitor 1 and the semiconductor modules 4U, 4V, 4W in a space-saving manner, and the length of the input bus bars P, N and the size of the inverter device 2 can be reduced.

また、端子部13P,13Nは、単相または三相の電力変換装置の半導体モジュール4の数に応じてコンデンサ本体部10の中空部の周縁に沿って複数配置可能である。したがって、図2の三相のインバータ装置2のみならず、直流コンデンサを備える電力変換装置、例えば、単相のインバータ装置の単一の半導体モジュール4にも、本態様のコンデンサ1を適用できる。また、コンデンサ1は、上述のパワーカード型のものに限定されることなく、他の仕様の半導体モジュールにも適用できる。 Further, a plurality of terminal portions 13P and 13N can be arranged along the periphery of the hollow portion of the capacitor main body portion 10 depending on the number of semiconductor modules 4 of a single-phase or three-phase power conversion device. Therefore, the capacitor 1 of this embodiment can be applied not only to the three-phase inverter device 2 of FIG. 2 but also to a power conversion device including a DC capacitor, for example, a single semiconductor module 4 of a single-phase inverter device. Furthermore, the capacitor 1 is not limited to the above-mentioned power card type, but can also be applied to semiconductor modules of other specifications.

さらに、入力バスバーP,Nはフェライトコア3に挿通されると半導体モジュール4U,4V,4Wのコレクタ端子4P,エミッタ端子4N及びコンデンサ本体部10の端子部13P,13Nに接続可能となる。したがって、入力バスバーP,Nと半導体モジュール4U,4V,4Wとコンデンサ1との接続作業性が向上する。 Further, when the input bus bars P and N are inserted through the ferrite core 3, they can be connected to the collector terminals 4P and emitter terminals 4N of the semiconductor modules 4U, 4V, and 4W, and the terminal portions 13P and 13N of the capacitor body 10. Therefore, the workability of connecting the input bus bars P, N, the semiconductor modules 4U, 4V, 4W, and the capacitor 1 is improved.

尚、図3に示したように、コンデンサ本体部10と半導体モジュール4U,4V,4Wとの間には、半導体モジュール4U,4V,4Wを冷却するヒートシンクからなる冷却器8を配置するとよい。冷却器8には配管81,82を介して冷媒が循環供給される。本態様によれば、半導体モジュール4U,4V,4Wのみならずコンデンサ1の上面も冷却できるので、コンデンサ1及び半導体モジュール4U,4V,4Wを備えた電力変換装置の信頼性の向上を図ることができる。 Incidentally, as shown in FIG. 3, a cooler 8 consisting of a heat sink for cooling the semiconductor modules 4U, 4V, 4W may be disposed between the capacitor main body 10 and the semiconductor modules 4U, 4V, 4W. Refrigerant is circulated and supplied to the cooler 8 via pipes 81 and 82. According to this aspect, not only the semiconductor modules 4U, 4V, 4W but also the upper surface of the capacitor 1 can be cooled, so that it is possible to improve the reliability of the power conversion device including the capacitor 1 and the semiconductor modules 4U, 4V, 4W. can.

1…コンデンサ、10…コンデンサ本体部、11…樹脂ケース、12…ポッティング部、13P…P極用の端子部、13N…N極用の端子部、14…中空部
2…インバータ装置、
3…フェライトコア、30…中空部
4,4U,4V,4W…半導体モジュール、41…上アーム、42…下アーム、4P…コレクタ端子、4N…エミッタ端子
5…モータ、5U,5V,5W…出力バスバー
6…ホール電流検出器
7…放電抵抗
8…冷却器、81,82…配管
P,N…入力バスバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Capacitor, 10... Capacitor body part, 11... Resin case, 12... Potting part, 13P... Terminal part for P pole, 13N... Terminal part for N pole, 14... Hollow part 2... Inverter device,
3... Ferrite core, 30... Hollow part 4, 4U, 4V, 4W... Semiconductor module, 41... Upper arm, 42... Lower arm, 4P... Collector terminal, 4N... Emitter terminal 5... Motor, 5U, 5V, 5W... Output Bus bar 6...Hall current detector 7...Discharge resistor 8...Cooler, 81, 82...Piping P, N...Input bus bar

Claims (6)

中空円型のコンデンサ本体部を有し、
このコンデンサ本体部の中空部に当該コンデンサ本体部と同軸に中空円型のフェライトコアが設けられたこと
を特徴とするコンデンサ。
It has a hollow circular capacitor body,
A capacitor characterized in that a hollow circular ferrite core is provided in a hollow portion of the capacitor body coaxially with the capacitor body.
前記コンデンサ本体部は、電気部品に接続されるP極用,N極用の端子部を備え、
前記P極用,N極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部付近の表面から露出して当該コンデンサ本体部の軸心に向かって突設されたこと
を特徴とする請求項1に記載のコンデンサ。
The capacitor main body includes terminals for P and N poles connected to electrical components,
2. The terminal portions for the P and N poles are exposed from the surface near the hollow portion of the capacitor body and protrude toward the axis of the capacitor body. Capacitors listed.
前記電気部品は、三相の電力変換装置の半導体モジュールであり、
前記P極用,N極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部の周縁に沿って前記三相に対応して三つ配置されること
を特徴とする請求項2に記載のコンデンサ。
The electrical component is a semiconductor module of a three-phase power conversion device,
3. The capacitor according to claim 2, wherein three terminal portions for the P-pole and the N-pole are arranged along the periphery of the hollow portion of the capacitor body corresponding to the three phases.
前記フェライトコアには、前記電気部品並びに前記P極用,N極用の端子部に接続されるバスバーが挿通されることを特徴とする請求項2または3に記載のコンデンサ。 4. The capacitor according to claim 2, wherein a bus bar connected to the electrical component and the P-pole and N-pole terminals is inserted through the ferrite core. 前記コンデンサ本体部と前記電気部品との間に冷却器が配置されることを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載のコンデンサ。 5. The capacitor according to claim 2, wherein a cooler is disposed between the capacitor body and the electrical component. 請求項1から5のいずれか1項に記載のコンデンサを備えたことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device comprising the capacitor according to any one of claims 1 to 5.
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